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(11) | EP 0 242 517 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Verfahren zur Gewinnung von Polymerisaten aus ihren Dispersionen |
| (57) Verfahren zur Gewinnung von thermoplastischen Polymerisaten aus ihren Dispersionen,
indem man die Polymerisat-Dispersion in Anwesenheit wenigstens einer Tricarbonsäure
der Formel I
worin X eine Einfachbindung, -CH₂- oder -C₂H₄- und koaguliert. |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Polymerisaten aus ihren Dispersionen durch Fällung (Koagulation) der Dispersion und Waschen des Koagulats in Anwesenheit spezieller Tricarbonsäuren.
[0002] Thermoplastische Polymerisate z.B. verschiedene Acrylnitril-Butadien-Styrol-Co- und -Pfropfcopolymerisate (ABS), Styrol/Acrylnitril-Copolymerisate (SAN), Vinylchloridpolymerisate (PVC), Methylmethacrylat-Butadien-Styrol-Co- und -Pfropfcopolymerisate (MBS) und anderer Pfropfpolymerisate von Monomeren auf verschiedenste Kautschuke, (die z.B. als Schlagzähigkeitsmodifikatoren Verwendung finden), werden häufig durch Dispersionspolymerisation erzeugt. Sie fallen somit nach der Polymerisation in Form einer Dispersion an, aus denen die Polymerisate üblicherweise nach Koagulation mit Elektrolyten isoliert werden. Anschließend müssen die Polymerisate gereinigt werden, meistens durch Waschen mit wäßrigen Flüssigkeiten. Dispersion schließt hier und im Folgenden auch Emulsion ein, Dispersionspolymerisaten umfaßt auch Emulsionsprolymerisation. Es ist bisher nicht gelungen ein Aufarbeitungsverfahren zu finden, das wirksam genug ist und ein Material mit guten Eigenschaften z.B. Filtrations- und Trocknungseigenschaften liefert ohne größeren technischen Aufwand.
[0003] Die Aufarbeitung, insbesondere das Fällmittel, sowie die nach der Wäsche im Polymerisat verbleibenden Verunreinigungen (insbesondere die Reste des Fällmittels), bestimmen wesentlich die Gebrauchseigenschaften des isolierten thermoplastischen Polymeristats.
[0004] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von thermoplastischen Polymerisaten aus ihren Dispersionen, insbesondere in wäßrigen Medien, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Polymerisat-Dispersion in Anwesenheit wenigstens einer Tricarbonsäure der Formel (I)
mit X = Einfachbindung, -CH₂-, -C₂H₄-
koaguliert, wobei gegebenenfalls übliche Fällmittel zusätzlich anwesend sind, und/oder daß man das koagulierte Polymerisat mit wäßrigen Lösungen wenigstens einer Tricarbonsäure der Formel (I) wäscht.
[0005] Bevorzugte Säuren der Formel (I) sind Propantricarbonsäuren und Butantricarbonsäuren, besonders bevorzugt sind Zitronensäure und 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure.
[0006] Thermoplastische Polymerisate im Sinne der Erfindung sind bevorzugt solche, die durch radikalische Polymerisation in Anwesenheit von oberflächenaktiven Stoffen (Emulgatoren) insbesondere der anionischen Art, in Dispersion erzeugt worden sind.
[0007] Beispiele sind: Homopolymerisate, Interpolymerisate sowie Pfropfcopolymerisate mit thermoplastischen Eigenschaften aus olefinisch ungesättigten Monomeren wie Styrol (und Derivate), Acrylnitril (und Derivate), Alkyl Methacrylate, Alkyl Acrylate, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylidenfluorid, Ethylen, Vinylacetat, Butadien, Isopren; bevorzugt sind harzartige Polymerisate von Vinylchlorid, Styrol, α-Methylstyrol, Acrylnitril, Methacrylsäure-C1-6-alkylester sowie Pfropfpolymerisate dieser Monomeren auf Kautschuke mit Glasübergangstemperaturen kleiner 0°C, insbesondere wenigstens teilvernetzte Kautschuke wie Dienkautschuke, Diencopolymerkautschuke, Acrylkautschuke, EPDM-Kautschuke und Ethylencopolymerkautschuke. Diese Polymerisate sind bekannt.
[0008] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind thermoplastische Formmassen, die erfindungsgemäß gewonnene Polymerisate enthalten. Bevorzugte Thermoplaste, die die Polymerisate als Komponenten enthalten können sind PVC, SAN, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, α-Methylstyrolcopolymere mit Acrylnitril und/oder Methylmethacrylat, ABS, MBS, HIPS und Polyamide.
[0010] Die Dispersionen der Polymerisate, bevorzugt in Wasser, können in einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens durch bekannte Maßnahmen koaguliert werden, z.B. durch die Zugabe von Säuren wie Essigsäure, Ameisensäure, Schwefelsäure, Salzsäure und/oder Salzen wie z.B. NaCl, CaCl₂, MgSO₄, Alaun, KCl, durch Temperaturänderung oder mechanische Kräfte. Das erhaltene Koagulat kann dann, gegebenenfalls nach Filtration, mit wäßrigen Lösungen von Tricarbonsäuren der Formel (I) gewaschen werden, insbesondere mit 0,5-1,5 Gew.-%igen wäßrigen Lösungen dieser Säuren. Nach Filtration und Entwässerung über z.B. Nutschen, Schleudern, Druckbandfilter kann das so gewonnene noch feuchtes Polymerisat getrocknet werden. Dieses Verfahren kann diskontinuierlich, kontinuierlich oder halbkontinuierlich durchgeführt werden; die gesamte Aufarbeitung kann auch in hintereinander geschalteten Aufarbeitungsstufen (Fällstufen) durchgeführt werden.
[0011] Die gesamte Aufarbeitung wird vorzugsweise bei Temperaturen (bis zur Trocknungsstufe) von 20°C bis 100°C durch geführt. Vorzugweise arbeitet man in der Koagulationsstufe bei Temperaturen von 70°C bis und im Waschvorgang bei Temperaturen von 20°C bis 70°C.
[0012] Eine andere Variante des Verfahrens kann wie folgt durchgeführt werden: Die Dispersionen werden direkt in Anwesenheit einer Tricarbonsäure der Formel (I) koaguliert; d.h. als Koaguliermittel werden wäßrige Lösungen wenigstens einer Tricarbonsäure der Formel (I), gegebenenfalls zusammen mit üblichen Koaguliermitteln wie Essigsäure, Ameisensäure, Schwefelsäure und gegebenenfalls in Kombination mit Salzen wie MgSO₄, NaCl, CaCl, Na₂SO₄ eingesetzt. Die Konzentration an Säuren der Formel (I) in diesen Lösung ist bevorzugt 0,5-15 Gew.-%. Die Koagulation selbst kann bei 20-100°C, bevorzugt 70-100°C, durchgeführt werden. Anschließend, gegebenenfalls nach intermediärer Filtration, wird das Koagulat zur Reinigung mit Wasser oder wäßrige Lösungen der Säuren der Formel (I) wie in der ersten Variante des Verfahrens gewaschen.
[0013] Die erfindungsgemäß erhaltenen Polymerisate zeichnen sich durch einen verbesserten Rohton und größere Thermostabilität aus (sehr geringe Verfärbungsneigung bei Temperaturbelastung). Sie sind auch erheblich reiner (ihr Gehalt an Verunreinigungen z.B. an Resten der Polymerisationshilfsstoffe, Koaguliermittel insbesondere an Metallionen, speziell Alkali- oder Erdalkalimetallionen ist besonders niedrig).
[0014] Die erfindungsgemäß erhaltenen Polymerisate eignen sich deshalb besonders zur Herstellung von Formkörpern, bei denen es auf Reinheit, Rohton und Temperaturbelastbarkeit besonders ankommt.
[0015] Stellt man hieran nur normale Anforderungen, dann können die Produkte bei höheren Temperaturen und Drucken, d.h. schneller verarbeitet werden. Auch ihre "Verarbeitungsbreite", d.h. ihre Toleranz gegenüber Schwankungen der Verarbeitungsbeingungen z.B. Temperatur und Verweilzeit im Schmelzzustand, wird erheblich verbessert.
Beispiele
I: Eingesetzte Polymerisatemulsionen
[0016]
1) Latex eines Pfropfcopolymerisates aus 80 Gew.-% Polybutadienkautschuk mit einem mittleren Teilchendurchmesser (d₅₀) = 0,4 µ und 20 Gew.-% Copolymer aus 10 Gew.-% n-Butylacrylat und 90 Gew.-% Methylmethacrylat. Polymerfeststoffgehalt der Emulsion: 33 Gew.-%.
2) Latex eines Pfropfcopolymerisates aus 75 Gew.-% Polybutadienkautschuk mit einem mittleren Teilchendurchmesser (d₅₀) = 0,4 µ und 25 Gew.-% Copolymer aus 26 Gew.-% Acrylnitril und 74 Gew.-% Styrol. Polymerfeststoffgehalt der Emulsion: 35 Gew.-%.
3) Latex eines Copolymerisates aus 10 Gew.-% Acrylnitril, 55,5 Gew.-% Methylmethacrylat
und 34,5 Gew.-% α-Methylstyrol; Staudinger Index [η] = 0,42
, gemessen in DMF bei 25°C. Polymerfeststoffgehalt der Emulsion: 36 Gew.-%.
II. Aufarbeitung der Emulsionen
[0018]
A) Eine Mischung aus 7500 Gew.-Tl. Wasser, 150 Gew.-Tl. MgSO₄ . H₂O (Bittersalz) und
150 Gew.-Tl. einer Säure X werden unter Rühren auf 75° C erhitzt. Bei dieser Temperatur
werden Y Gew.-Tl. Latex (mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 1500 Gew.-Tl.) gleichmäßig
unter Rühen zudosiert. Anschließend wird 15 min. bei 97° C nachgeheizt. Nach Abkühlung
wird in einer Laborschleuder mit kontinuierlicher Waschvorrichtung (Durchmesser der
Schleuderkammer 30 cm, 1400 min⁻¹) unter konstanten Bedingungen gewaschen (20 min.
lang). Danach wird 5 min. trockengeschleudert und das resultierende Polymerisat bei
60° C innerhalb 48 h in einem Umlufttrockenschrank getrocknet.
B) Eine Mischung aus 7500 Gew.-Tl. Wasser, 150 Gew.-Tl. MgSO₄ . H₂O (Bittersalz) und 150 Gew.-Tl. Essigsäure werden unter Rühren auf 75° C erhitzt. Bei dieser Temperatur werden 4545 Gew.-Tl. Latex I.l gleichmäßig unter Rühren eindosiert. Anschließend wird 15 min. bei 95-97° C nachgeheizt. Nach Abkühlung wird in einer Laborschleuder des Typs wie in II.A beschrieben gewaschen (15 min. lang). Danach wird mit einer 1 Gew.-% wäßrigen Lösung einer Säure X nachgewaschen (30 min. lang). Danach wird 5 min. trockengeschleudert und wie in II.A beschrieben aufgearbeitet.
III: Eigenschaften der isolierten Polymerisate
[0019] Als Maß für den Reinheitsgrad der isolierten Polymerisate werden die Metallgehalte (ermittelt über Atomabsorptionsspektroskopie, angegeben in ppm) ermittelt. Die Daten sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 wiedergegeben.
[0020] Die erfindungsgemäß aufgearbeiteten Polymerisate (Beispiele 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 12) weisen wesentlich niedrigere Metallkationengehalte auf.
[0021] Die Polymerisate aus den Beispielen 7, 8 und 9 (siehe Tabell 1) (je 50 Gew.-Tl.) werden mit je 50 Gew.-Tl. PVC-Masse-Polymerisat (K-Wert des PVC: 68), 0,2 Gew.-Tl. ®LOXIOL und 1,5 Gew.-Tl. ®IRGASTAB 17M auf einer Walze innerhalb von 10 min. bei 185° C compoundiert. Aus dem Compound werden danach Platten einer Dicke von 4 mm durch Pressen bei 190° C in 10 min. hergestellt.
Tabelle 3
Platte aus Compound mit
worin
X eine Einfachbindung, -CH₂- oder -C₂H₄- und
koaguliert, wobei gegebenenfalls übliche Fällmittel zusätzlich anwesend sind, und/oder daß man das koagulierte Polymerisat mit wäßrigen Lösungen wenigstens einer Tricarbonsäure der Formel (I) wäscht.